DOCTEUR THESE Hristiyan KANCHEV

N° d’ordre : 238
ECOLE CENTRALE DE LILLE
THESE
Présentée en vue
d’obtenir le grade de
DOCTEUR
en
Spécialité : Génie Electrique
par
Hristiyan KANCHEV
DOCTORAT DELIVRE SIMULTANEMENT PAR L’ECOLE CENTRALE DE LILLE ET
L’UNIVERSTE TECHNIQUE DE SOFIA DANS LE CADRE D’UNE COTUTELLE
INTERNATIONALE DE THESE
Titre de la thèse :
Gestion des flux énergétiques dans un système hybride de sources d’énergie renouvelable :
Optimisation de la planification opérationnelle et ajustement
d’un micro réseau électrique urbain
Soutenue le 24 janvier 2014 devant le jury d’examen :
Président Ivan YATCHEV, Professeur, Université Technique de Sofia
Rapporteur Bruno SARENI, Professeur, INPT-ENSEEIHT, Laboratoire LAPLACE
Rapporteur Nikola MIHAILOV, Professeur, “Angel Kanchev” Université de Rousse
Examinateur Seddik BACHA, Professeur, Université Joseph Fourier, G2ELAB
Co-directeur de thèse Bruno FRANCOIS, Professeur, Ecole Centrale de Lille, Laboratoire L2EP
Co-directeur de thèse Vladimir LAZAROV, Professeur, Université Technique de Sofia
Thèse préparée dans le Laboratoire L2EP (EA2697) à l’Ecole Centrale de Lille
et à l’Université Technique de Sofia
Ecole Doctorale SPI 072 (EC Lille)
PRES Université Lille Nord-de-France

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Remerciements
Les travaux de recherche, présentés dans cette thèse ont été effectués à
l’Ecole Centrale de Lille, au Laboratoire d’Électrotechnique et Electronique de
Puissance de Lille (L2EP) et à l’Université Technique de Sofia.
Tout d’abord, je tiens à remercier mes directeurs de thèse : Bruno FRANCOIS,
professeur à l’Ecole Centrale de Lille et Vladimir LAZAROV, professeur à l’Université
Technique de Sofia. Je les remercie tout d’abord pour l’accord d’effectuer ce projet
de thèse et pour les précieuses guidances, conseils, orientations et directions, pour
l’aide tout au long de mon travail. Je tiens à les remercier aussi pour leur patience
durant la rédaction et finalisation de ce mémoire de thèse.
Je remercie ma famille pour le soutien, l’encouragement, les conseils et l’aide
tout au long des années, qui ont résulté dans mes études, dans la préparation de
cette thèse de doctorat et mes travaux.
Je remercie TOUS mes collègues et amis, doctorants et enseignants à l’Ecole
Centrale de Lille et à L2EP. Si je mentionne tous ceux qui méritent mes
remerciements, cela serait une liste assez longue. C’est pourquoi je ne vais citer que
la plupart ici, mais je suis et je serai toujours également reconnaissant à tous qui ne
sont pas mentionnés dans ces pages: François GRUSON, Xavier MARGUERON,
Nicolas BRACIKOVSKI, Amir AHMIDI, Ye WANG, Dan ILEA, Patricio LA DELFA,
Gautier DELILLE, Sophie FERNANDEZ, Aymen AMMAR, Alexandru Claudiu
BERBECEA, Ramzi BEN AYED, Mathieu ROSSI, Nicolas ALLALI, Adrian Augustin
POP, Jinlin GONG, Dimitri SAMARKANOV, Vera ELISTAROVA, Pierre RAULT,
Mathias FAKAM, Martin CANTEGREL et Antoine PIERQUIN. Je les remercie pour
l’accueil au sein du laboratoire, pour la collaboration, les conseils et pour le temps
passé ensemble.
Je remercie également à tous mes collègues et amis de l’Université
Technique de Sofia : Zahari ZARKOV, Ludmil STOYANOV, Valentin MILENOV,
Valentina VALOVA, Magdalena STANKOVA, Emil RACHEV, Rad STANEV, Kamelia
NIKOLOVA, Teodora TERENTEVA, Dimitar PAVLOV et également à tout le monde
que j’ai raté à mentionner ici. Je remercie enormement à tous mes professeurs de
l’Université Technique de Sofia pour ma formation, pour l’ambiance et la
collaboration durant mes études doctorales.
Je remercie aussi à tous les chercheurs, post-docs et doctorants qui
travaillaient avec moi sur la plate-forme « Energies reparties » à l’ENSAM-Lille :
Frédéric COLAS, Hicham FAKHAM, Rijaniania NJAKASOA-ANDRIAMALALA, Firas
ALKHALIL, Karim BEDDEK, Basel ASLAN, Alexandru-Paul SANDULESCU, Ivan-
Mauricio GARCIAHERREROS et Rindra RAMAROTAFIKA pour la collaboration et
l’ambiance. Ceci m’a permis de bien préparer et effectuer mes études
expérimentales dans un milieu inoubliable de collaboration et amitié.

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Table des matières
Introduction générale ............................................................................................................... 9
Chapitre 1 Etat de l’art sur les énergies renouvelables dans les réseaux électriques ...... 13
1.1. Introduction, orientation stratégique et conséquences ................................... 15
1.2. Les générateurs d’énergie renouvelable .............................................................. 17
1.2.1. L’énergie hydroélectrique ................................................................................ 17
1.2.2. Les éoliennes ....................................................................................................... 18
1.2.3. Les générateurs photovoltaïques .................................................................... 20
1.2.4. La biomasse ......................................................................................................... 23
1.2.5. La géothermie ...................................................................................................... 23
1.3. Les générateurs d’énergie non-renouvelable ..................................................... 24
1.3.1. Générateurs thermiques ................................................................................... 24
1.3.2. Les piles à combustible...................................................................................... 24
1.4. La production d’électricité décentralisée ............................................................ 25
1.5. Architecture des systèmes électriques ................................................................. 27
1.5.1 Fonctionnement ................................................................................................... 27
1.5.2. Les réseaux de transport .................................................................................. 28
1.5.3. Les réseaux de distribution .............................................................................. 28
1.5.4. Supervision des réseaux ................................................................................... 29
1.6. Vers un réseau intelligent (Smart Grid) ............................................................... 30
1.7. Etat de l’art sur les micro-réseaux et leurs applications dans les quartiers
durables .............................................................................................................................. 32
1.7.1. Eco quartiers et micro-réseaux électriques .................................................. 32
1.7.2. L’île de Kythnos – Grèce [Mit 06]. .................................................................... 35
1.7.3. Le village de Bronsbergen, Pays-Bas .............................................................. 36
1.7.4. Site expérimental du General Electric ............................................................ 36
1.7.5. Les sites expérimentaux au Japon ................................................................... 37
1.8. Conclusion et positionnement des travaux ......................................................... 38
Chapitre 2 La gestion des micro-réseaux et les nouvelles technologies à exploiter .......... 41
2.1. Introduction ............................................................................................................... 43
2.2. Générateur actif ........................................................................................................ 43
2.2.1. Limites et évolutions rendues nécessaires ................................................... 43